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1、学士学位论文论文题目 网络环境仿真平台的建立与网络性能模拟英 文 Network Emulation Platform For The Simulation Of Network Performance学 院 专 业 姓 名 学 号 指导教师 2009年 5 月 16 日目录摘要1第一章 绪论21.1 网络环境仿真平台产生背景21.2 网络环境仿真平台的定义21.3 网络环境仿真平台的需求21.4 网络环境仿真平台的设计目标21.5 论文主要工作21.6 论文的组织结构4第二章 NIST net的安装与调试2.1 NIST net安装42.2 配置网络接口卡82.3 配置TDMoP 112.4
2、 LINUX路由设置152.4 开始NIST net 16第三章 NIST net的使用以及网络性能模拟案例183.1 如何使用仿真包183.2 Cnistnet 183.3 Hitbox 193.4 Xnistnet 203.5 案例21第四章 结论与展望23致谢23摘要本文旨在研究网络仿真平台的搭建和网络模拟的效果。通过安装在LINUX平台上的NIST net网络模拟软件，建立一个需要研究的网络模型，在计算机上运行这个模型，并分析结果。通过模拟我们发现运用仿真平台可以根据用户的需求设计不同的模型，并用很少的时间和金钱解决和预防网络隐患，是一项重要的网络技术。关键词：仿真平台 NIST ne
3、t 网络模拟 第一章 绪论1.1 网络环境仿真平台产生背景网络仿真是进行网络技术研究的一种基本手段。在新技术的研究过程中，由于各种原因，实际网络系统的实现往往是代价较高或是不现实的。在这种情况下，仿真就成了最佳可供选择的测试、评估和验证手段之一。网络仿真有着周期小、成本低等特点，而且可以是研究者更容易利用他人的研究成果，可以是研究者更专注于自己所研究的部分而不必为系统的其他部分耗费更多的精力。进行网络技术的研究大概有以下3种手段：(1)分析方法，就是对所研究的对象和所依存的网络系统进行初步分析，根据一定的限定条件和合理假设，对研究对象和系统进行描述，抽象出研究对象的数学分析模型，利用数学分析模
4、型对问题进行求解。 (2)实验方法，就是设计出研究所需要的合理硬件和软件配置环境，建立测试床和实验室，在现实的网络上实现对网络协议、网络行为和网络性能的研究。 (3)模拟方法，应用网络模拟软件(自己开发或选用一个通用的网络模拟软件)，建立所研究的网络系统的模拟模型，在计算机上运行这个模型，并分析运行的输出结果。然而，前两种方法都存在很大的局限性。分析方法的有效性和精确性受假设限制很大。当一个系统很复杂时，就无法用一些限制性假设来对系统进行详细描述。实验方法的局限在于成本很高，重新配置或共享资源很难，运用起来不灵活，实验床的规模很难做到很大，不能实现网络中的多种通信流量和拓扑的融合。而模拟方法在
5、很大程度上可以弥补前两种方法的不足。模拟方法可以根据需要设计所需的网络模型，用相对很少的时间和费用了解网终在不同条件下的各种特性，获取网络研究的丰富有效的数据。网络模拟无疑提供了一个方便、高效的验证和分析方法，因此网络模拟技术在现代通信网络设计和研究中的作用正变得越来越大。1.2 网络环境仿真平台的定义根据国际标准化组织（ISO）标准中的数据处理词汇部分的名词解释，“模拟”与“仿真”两词的含义分别为：“仿真”即用另一组数据处理系统，主要是硬件来全部或部分的模仿某一数据处理系统。，1.3 网络环境仿真平台的需求近年来，数据通信网络无论就其物理的规模还是应用范围来讲，都获得了巨大的发展。Inter
6、net上不断地有新的需求出现，人们开发新的协议和算法来满足这些变化的需求。这种需求的例子包括服务质量支持、组播传输、安全性、移动组网和策略管理。对这些领域的协议和算法的开发和评价要求人们回答很多设计上的问题。尽管实验室中的小规模评价、大范目的实验测试床和自制的模拟都是很有价值的，但是每一种都有很大的局限性。这些方法经常无法体现真实网络中所发现的大量混杂的业务流和拓扑结构，而它们会带来相当的花费，并且受控多件下的重复实验会很困难。 多协议网络模拟器可以为低成本的实验提供一个良好的环境，可用于完全不同的研究负域的一个通用模拟环境，可以为网络学术界提供相当大的便利。可用于开发新协议的丰富的构件平台，
7、在一个受控环境下研究大规模协议交互的可能性，以及能够更方便地比较不同方法的结果。1.4 网络环境仿真平台的设计目标仿真平台在设计思路上试图满足网络研究界在网络模拟方面的多种需求。已被众多网络研究者广泛使用。(1)抽象：模拟器要能提供不同粒度的抽象，允许通过单一的模拟器既能模拟出详细的细节，又能进行在一定程度上忽略细节的高级别的模拟。很多情况下，网络协议要在不同层次上进行研究，并且有许多数据流的汇聚和许多协议的交互。(2)仿真：大多数模拟实验是限制在一个单一的模拟世界里的，仅仅包括模拟器中有的一个强有力的工具。NIST net提供了将真实网络中的分组引入到模拟器中的手段。 (3)场景生成：在一组
8、适当的网络条件下测试协议，对于得到可用的和有用的结果来说是很关键的。自动的创建复杂的业务模式、拓扑结构和动态事件(例如链路失效)可以帮助生成这些适当的场景。NIST net中附带了相关的场景自动生成工具。同时，用户也可以通过自己编写脚本来设置场景。(4)可视化：允许研究者更容易地理解网络模拟中的复杂行为的工具是非常有用的。假定行为很复杂，网络涉及的规模很大，仅仅提供概括性能数据的表格不足以描述网络的行为。可视化为网络行为增加了动态的展示，允许研究者更直观的理解协议，并能够辅助协议调试，为模拟结果提供了可视化展示的手段。(5)可扩充性：模拟器必须容易扩展以增加新的功能，开发大量的场景，以及研究新
9、协议。NIST net中的模块可以很方便地扩展和组合。 除这些设计原则之外，几个工程性的问题对网络仿真平台的可用性也有相当大的影响。首要一点是模拟器中是否有大量的协议模块可用。这允许不同的方法可以很容易的作比较，也缩减了模拟开发时间，使研究者专注于自己的模拟中和要研究的设计问题相关的那些方面。其次，模拟器包含的协议模块必须是经过验证的达到其协议成熟度要求的协议实现。这样，研究者可以开发新的协议变种并和原有的实现进行比较。TCP就是这样的一个例子。在NIST net中包含了TCP的好几个变种。最后，假定NIST net中协议模块以及它们之间交互的数量相当大，需要一种机制来避免对一个模块的修改会导
10、致另一个模块的功能被破坏。为此，NS包括许多自动测试套件来避免无意的改动被带入模拟器中。NIST net是一款Linux下的网络模拟软件，它能让Linux服务器像路由器一样模拟各种网络条件，如拥塞丢失，包重排序，或者带宽非对称等情况。NIST net有一个基于X的用户接口，它也是Linux的核心模块扩展。作为一种工具，在NIST net上可以进行可控的，可重复的实验，这些实验可以是网络特性敏感/自适应的应用，也可以通过简单的实验室环境设定控制协议。NIST net工作在IP层时能模拟被不同广域网环境影响后的端到端的临界性能特性。NIST net也支持用户对系统附加的自定义分组管理。图1所示是N
11、IST net的典型配置。图1. 典型的NISTnet示例1.5 论文主要工作本文首先介绍网络仿真平台的建立，其步骤由设置LINUX网络配置开始，利用NIST net软件进行数据模拟分析。其工作将包括：LINUX的安装、NIST net平台的搭建，NIST net的安装、配置、调试及案例。1.6 论文的组织结构第一章 绪论：简要介绍网络仿真的基本概念、定义，特点、需求以及设计目标。第二章 NIST net的安装与调试。第三章 NIST net的使用以及网络性能模拟案例。第五章 结论与展望：对本文的工作进行总结并对未来的研究作出展望。第二章 NIST net 的安装与调试硬件要求NISTnet的
12、版本基于Red Hat Linux。本安装所用的硬件必须与Red Hat Linux 3.0企业版或者更高版本兼容。为了成功安装、配置和运行NISTnet，硬件必须满足以下最低要求。 10GB硬盘 256MB RAM 两块网络接口卡(NIC) NIST net安装下载nistnet.2.0.12b.tar.gz或者nistnet.2.0.12c.tar.gz（ NIST net是运行在Linux平台下的，目前有2.0.12b和c两个版本，具体安装哪个版本要视Linux内核而定，2.4.*以下的用b，2.6.*的用c，千万别安错了；kernel 2.6.*下问题比较多，不太好搞。）一安装系统安装
13、有kernel 2.4.*的Linux， Linux模块全部安装，大约5G+；二安装NIST net（1）安装NISTNET前重新生成新内核（因为NISTNET的新版本用RTC-real time clock，以前老版本用fast timer，RTC更稳定）open CLI:cd /usr/src/linux2.4.20-8 (where is the kernel)make mrproper/*删除不稳定的.O文件和. config配置文件*/make menuconfig/*调出修改内核工具*/to make sure:Loadable module support -Set versio
14、n information no all module symbols-offCharacter devices -Enhanced Real Time Clock Suppot -M/*按M键，设置这两项*/make dep/*连接程序代码和函数库*/make clean/*删不必要的模块*/make bzImage /*生成内核文件*/cp /usr/src/linux2.4.20-8/arch/i386/boot/bzImage /boot/vmlinuz-2.4.20-8_newmake modules/*编译外挂模块*/make modules_install/*安装编译完成的模块*
15、/make install/*把新的内核和相关文件复制到正确的目录，并修改grub. conf文件,在grub菜单会添加一个新的内核启动选项，也可以自己修改，把原来的内核注释掉就行了*/mkinitrd /boot/initrd-2.4.20-8_new.img 2.4.20-8 edit grub.conf (/boot/grub/grub.conf , add a new title and the root path) 编译启动文件（title Red Hat Linux (2.4.20-8 new）root (hd0,0)kernel /vmlinuz-2.4.20-8_new ro
16、root= /dev/hda？initrd /initrd-2.4.20-8_new.imgReboot（2）安装NISTNETcd ./NIST net./configuremakemake install/*安装完成，如果没有错误就下一步*/（3）测试安装是否成功cd ./NIST net./Load NIST netNIST net u/*加载模块*/&也可使用图像窗口，XNIST net ucnistnet a 192.168.100.1 192.168.2.121 -drop 30 -delay 30 /进行丢包及延时设定Clinet 一端：执 ping 操作（192.168.100
17、.111 ping 192.168.2.121）对比执行 cnistnet d 后的结果 /off 该功能显然执行 cnistnet a后，有了丢包及延时，说明测试 ok！有关 NISTNET 的命令，执行 cnistnet h 即可看到 /or 执行 cnustnet 也可显示rootlocalhost root# cnistnet -hcnistnet: invalid option - hUsage: cnistnet - must be root to run it. -u up (on) -d down (off) -a src:port.protocol dest:port.pro
18、t cos add new -delay delay delsigma/delcorr -drop drop_percentage/drop_correlation -dup dup_percentage/dup_correlation -bandwidth bandwidth -drd drdmin drdmax drdcongest -r src:port.prot dest:port.prot cos remove -s src:port.prot dest:port.prot cos see stats -S src:port.prot dest:port.prot cos see s
19、tats continuously -n -R read table (-n numerical format) -D value debug on (value=1 minimal, 9 maximal) -U debug off -G global stats -K kickstart the clock -F flush the queues /*以下为NISTNET的命令 rootlocalhost root# cnistnet -hcnistnet: invalid option - hUsage: NIST net - must be root to run it.-uup (on
20、)-ddown (off)-a src:port.protocol dest:port.prot cos add new-delay delay delsigma/delcorr-dropdrop_percentage/drop_correlation-dupdup_percentage/dup_correlation-bandwidth bandwidth-drd drdmin drdmax drdcongest-r src:port.prot dest:port.prot cosremove-s src:port.prot dest:port.prot cossee stats-S src
21、:port.prot dest:port.prot cossee stats continuously-n -Rread table (-n numerical format)-D valuedebug on (value=1 minimal, 9 maximal)-Udebug off-Gglobal stats-Kkickstart the clock-Fflush the queues-hthis help message*/至此，我们的NISTNET已经安装OK！下面进行LINUX路由设置：Linux环境下双网卡主机(1)、环境：三台直接相连的计算机主机如图CLINET 1NIST n
22、etCLINET 2其中NIST net上有两块网卡eth0、eth1，分别与CLINET 1、CLINET 2相连-代表网线(2)、需求：将NIST net配置为路由器模式，用来在CLINET 1、CLINET 2之间转发报文(3)、方法：将三台主机按照环境所要求用交叉线直接连网后，为三台主机分配网段并配置IP地址。网段及IP地址分配如下：主机名所在网段分配IP网关CLINET 1: 192.168.2.0/24 192.168.2.2/24192.168.2.1NIST net：192.168.2.0/24 eth1:192.168.2.1/24 eth0(可以通过X windows设置)
23、 192.168.1.0/24 eth0:192.168.1.1/24 eth1(可以通过X windows设置)CLINET 2:192.168.1.0/24 192.168.1.2/24192.168.1.1按照上表所示分别将主机IP地址配置好，其中要注意的是，要想使NIST net具有报文转发功能，在NIST net上检查/proc/sys/net/ipv4/ip_forward中的值是否为1命令：#cat /proc/sys/net/ipv4/ip_forward如果显示其值不为1而是0输入以下命令:#echo 1 /proc/sys/net/ipv4/ip_forward/*打开IP
24、转发功能*/建议：路由设置也可以设置成NAT模式，这样更方便，使局域网中的每台机器都能用你的NIST net ； NAT 模式设置，大家请在网上找。(4)、验证：CLINET 1：ping网关#ping 192.168.2.1#ping 192.168.1.1ping CLINET 2:#ping 192.168.1.2CLINET 2:ping网关#ping 192.168.1.1#ping 192.168.2.1pint CLINET 1#ping 192.168.2.2 配置网络接口卡若要把这两个NIC卡配置为路由器，则必须遵循下面的步骤。 1. 进入Main Menu System S
25、ettings Network。图2所示为网络配置界面。图2. 此网络配置界面将会在您开始配置NIC卡为路由器时弹出。2. 选择NICeth1或者eth2。如图3和图4所示，分别配置NIC卡。在 Address，Subnet Mask，以及Gatway提示处添加指定值。图3. 配置eth1 NIC图4. 配置eth2 NIC配置TDMoP图5所示为一个典型的自适应时钟恢复电路的示例。当10.10.10.1/24设备从源TDM设备恢复TDM服务时钟时，该电路把NISTnet用作WAN模拟器。图5. 把NISTnet用作WAN模拟器的典型时钟恢复设置下面是TDMoP主设备在T1成帧模式下采用CES
26、oP仿真的典型配置。该TDMoP主设备工作在环回模式。 TOP (T1)Main MenuGeneral Configuration 1. Source Mac address . (0020D224D33C) 2. Source IP 1 . (10.10.10.1) 3. Source IP 2 . (10.10.10.1) 4. IP Mask . (255.255.255.0) 5. Default Gateway . (10.10.10.99) 6. Max HDLC Frame Size1 - 1800 . (1800) 7. ARP wrong IP (CPU) 8. Wrong
27、 IP (Discard) 9. Not Eth Type (CPU)10. ARP my IP (CPU)11. Not UDP type (CPU)12. Not TDMoIP type (CPU)13. Bundle number does not exist (Discard)14. OAM packet (CPU)15. Auto Negotiation (YES)16. Rate & Duplex (100M_FDX)17. Default -Main MenuInterface ConfigurationT1 Screen Configuration Link Number1 -
28、 8 . (1) 1. Frame Type (SF) 2. RX Config Gain Limit (SHORT Haul) 3. OOS Code type (OOS Code) 4. Data TX/RX OOS0 - ff . (7E) 5. Idle Code0 - ff . (7E) 6. TX/RX Signal Mark code0 - 3 . (F) 7. TX/RX Signal Space code0 - 3 . (1) 8. TX/RX OOS Signal MASK (Space) 9. Clock Source (LoopBack)10. DSU / CSU (D
29、SU)11. DSU Mask (0-133 feet)12. Link Sync (62411)13. Connect/Disconnect (Connect)14. Recovery Clk Mode (Auto)15. Masters Side Clock Source (Stratum 1)16. Network type (Router based)-Main MenuBundle ConfigurationCES Bundle Configuration Bundle ID0 - 4095 . (1) 1. Tx Bundle Destination (Ethernet) 2. R
30、x Bundle Destination (PCM) 3. Tx UDP Bundle0 - 8191 . (2) 4. Rx UDP Bundle0 - 8191 . (2) 5. Source IP addr (IP 1) 6. Destination Main Mac addr . (000000000000) 7. Destination IP address . (10.10.11.1) 8. Next Hop . (0.0.0.0) 9. Number Of VLAN Tags0 - 2 . (0)10. IP Tos0 - 255 . (0)11. IP TTL0 - 255 .
31、 (128)12. PSN Type (IP)13. Far End Interface Type (T1 D4)14. Payload Type (Data)15. Switches Sanity check (Discard)16. Clock Recovery (Disable)17. Differential Time Usec1 - 512000 . (5000)18. Max Buffer Size Usec0 - 512000 . (0)19. Number Of Frames1 - 1500 . (80)20. Reordering (YES)21. L Bit & OOS (
32、OOS Mode Conditioning)22. Redundant (Disable)23. RTP Mode (Disable)24. Connect/Disconnect (Connect)25. Next Hop Type (IP)26. Enable JB Reset (On N Times)27. Window Size2 - 127 . (10)-Main MenuBundle Assignment 1. Link Number 1 - 8 . (1) 2. Bundle ID0 - 4095 . (1) 3. TS Route Type (Coupled) 4. Timesl
33、ot Assignment 1-24 . (1) 5. TS width (8 Bits)下面是TDMoP从设备在T1成帧模式下采用CESoP仿真的典型配置。该TDMoP从设备完成时钟恢复功能。 TOP (T1)Main MenuGeneral Configuration 1. Source Mac address . (0020D224A346) 2. Source IP 1 . (10.10.11.1) 3. Source IP 2 . (10.10.11.1) 4. IP Mask . (255.255.255.0) 5. Default Gateway . (10.10.11.99)
34、6. Max HDLC Frame Size1 - 1800 . (1800) 7. ARP wrong IP (CPU) 8. Wrong IP (Discard) 9. Not Eth Type (CPU)10. ARP my IP (CPU)11. Not UDP type (CPU)12. Not TDMoIP type (CPU)13. Bundle number does not exist (Discard)14. OAM packet (CPU)15. Auto Negotiation (YES)16. Rate & Duplex (100M_FDX)17. Default-Main MenuInterface ConfigurationT1 Screen Configuration Link Number1 - 8 . (1) 1. Frame Type (SF) 2. RX Config Gain Limit (SHORT Haul) 3. OOS Code type (OOS C
